物件導向程式設計（OOP）是一種強大的編程範式，透過將程式組織成物件與類別，讓程式更具結構性、可重用性與擴展性。今天，我們將深入學習 OOP 的基本概念，並了解如何在 Python 中應用這些原則來開發更具模組化和靈活性的程式架構。

1. 什麼是物件導向程式設計 (OOP)?

OOP 是基於物件（實例化的類別）與類別（物件的模板）的設計方式。在 OOP 中，我們將程式中的實體（如動物、汽車、帳戶等）轉化為物件，並賦予它們屬性和行為。這樣的設計方式模擬現實世界，讓程式碼更具可讀性和可維護性。

OOP 的四大支柱：

1. 封裝：將物件的狀態（屬性）和行為（方法）封裝起來，保護資料的完整性。
2. 繼承：允許一個類別繼承另一個類別的屬性和方法，實現程式碼的重用。
3. 多型：允許多個類別在同一介面下進行不同的實現。
4. 抽象：隱藏物件的複雜性，僅提供必要的操作給使用者。

2. Python 中的類別與物件

在 Python 中，我們使用 class 關鍵字來定義類別，並透過這個類別來創建物件。每個物件都是這個類別的實例，它擁有類別所定義的屬性和方法。

範例：建立一個城市的類別

class City:
    def __init__(self, name, population):
        self.name = name       # 屬性: 城市名稱
        self.population = population  # 屬性: 城市人口

    def describe(self):
        print(f"{self.name} 的人口是 {self.population} 人")

    def grow_population(self, increase):
        self.population += increase

# 創建物件
city1 = City("台北", 2500000)
city2 = City("台中", 2800000)

# 使用物件方法
city1.describe()
city2.grow_population(50000)
city2.describe()

在這個範例中，City 類別有兩個屬性：城市名稱和人口，並且有兩個方法：描述城市與增加人口。我們創建了兩個城市物件 city1 和 city2，並透過這些物件來操作屬性。

3. 繼承與擴展類別

繼承是一個強大的 OOP 概念，允許一個類別繼承另一個類別的屬性和方法，從而避免重複編寫相似的程式碼。

範例：擴展城市類別

class CapitalCity(City):
    def __init__(self, name, population, country):
        super().__init__(name, population)  # 繼承父類別的屬性
        self.country = country   # 新增屬性: 國家

    def describe_capital(self):
        print(f"{self.name} 是 {self.country} 的首都，人口是 {self.population} 人")

# 創建首都城市的物件
capital = CapitalCity("台北", 2500000, "台灣")
capital.describe_capital()

在這裡，我們創建了一個 CapitalCity 類別，繼承了 City 的屬性和方法，並額外增加了國家的屬性及描述首都的方法。透過繼承，我們可以更靈活地擴展功能。

4. 多型與方法重寫

多型允許我們在子類別中重寫父類別的方法，以實現不同的行為。

範例：重寫方法

class City:
    def describe(self):
        print(f"這是一個城市")

class CapitalCity(City):
    def describe(self):
        print(f"這是一個首都")

city = City()
capital = CapitalCity()

city.describe()    # 輸出: 這是一個城市
capital.describe() # 輸出: 這是一個首都

在這個範例中，我們透過方法重寫實現了多型，不同類別有著各自獨特的行為，但可以使用相同的介面。

5. 模組化開發

模組是 Python 中將程式碼進行組織和重用的一種方式。透過模組化，我們可以將類別和函數分別存放在不同的檔案中，並在需要時導入使用，這樣程式碼的結構更清晰，也更容易維護。

範例：模組化城市類別

1. 創建一個 city.py 檔案，並在其中定義城市類別。

# city.py
class City:
    def __init__(self, name, population):
        self.name = name
        self.population = population

    def describe(self):
        print(f"{self.name} 的人口是 {self.population} 人")

2. 在主程式中導入模組並使用類別。

# main.py
from city import City

city1 = City("台南", 1800000)
city1.describe()

6. 結論

透過物件導向程式設計，我們可以將複雜的問題拆解成小型的、可管理的物件，從而提高程式碼的可維護性和可擴展性。OOP 的四大支柱：封裝、繼承、多型與抽象，讓我們能夠靈活地設計和開發 Python 程式，並透過模組化的方式提升專案的結構和重用性。

掌握物件導向程式設計，將大幅提升我們的程式開發技能，讓我們的 Python 專案更具規模化與專業性。